望遠鏡原理：物鏡L在焦點處形成實像A，眼睛對準目鏡L’，可看到放大的A’。
望遠鏡的原理十分簡單。在剛被發明出來的時候，望遠鏡近乎一種神跡，但到了今天，即便是門外漢也能在各種物理論文中學到關於它的經典解釋。為了使行文更加清晰，我們還是用幾句話重溫一下它的原理吧。一塊被稱為物鏡的透鏡會匯聚來自物體的光線，通過匯聚，該物體的實像形成於物鏡後的某一點，這一點被稱作焦點。如果此時人們再透過另一塊會放大物像的、被稱為目鏡的透鏡觀看這一實像，就會發現它變大了；放大率與物鏡焦距——實像與物鏡之間的距離——和目鏡焦距之間的比例有關，換句話說，物鏡焦距越長，目鏡焦距越短，放大率就越大。
因此，當人們知道這一原理時，仿佛就擁有了無盡的希望。如果這一推理走到極端，便會導致人們產生可以盡情放大天體圖像這一暢想，也就是說可以暢想有如天體就在眼前一樣進行觀測。
這一暢想盡管十分誘人，卻隻是理論上的，直到現在也沒有哪次實踐敢聲稱達到了此效果。觀測太空深處的能力受到諸多限製，盡管如此，我們絕不能認為單塊透鏡在V處匯聚紫光，在R處匯聚紅光。如圖所示，與光線軌跡相對應的這些線條解釋了邊緣鑲以紅色的、倒立著的紫色圖像這一光譜條紋的形成。
這些限製是完全不可逾越的障礙，它們終將被人類知識的大繁榮所終結，但我們必須明確指出的是，解決這些問題涉及許多重大困難。光學定律和超過一定尺寸的儀器構造涉及一些物理、工業範疇內的困難，其他困難則是地球上的觀星者所固有的——地表條件天然形成了觀星障礙，使得人類束手無策。
17世紀末的版畫：最初的巴黎天文台，設有觀測裝置、桅杆和支架，配合焦點極遠的物鏡使用。